固移融合接入網架構研究

張新全，程 容，何 煒，楊 奇

（1.光纖通信技術和網絡國家重點實驗室，武漢 430074； 2.武漢郵電科學研究院，武漢 430074；3.烽火通信科技股份有限公司，武漢 430074）

固移融合接入網架構研究

張新全1，2，程 容3，何 煒1，2，楊 奇1，2

（1.光纖通信技術和網絡國家重點實驗室，武漢 430074； 2.武漢郵電科學研究院，武漢 430074；3.烽火通信科技股份有限公司，武漢 430074）

運營商迫切需要通過網絡固移融合化解全業務競爭壓力，而為應對成本、帶寬和生存性等接入域固移融合的挑戰，中國聯通在ITU-T（國際電信聯盟-電信組織）推動了G.metro建議。針對G.metro需求，文章提出了一種固移融合接入網架構，基于NFV（網絡功能虛擬化）實現固移處理資源共享，基于波分復用環路和PON（無源光網絡）的結合平衡固、移接入差異，以滿足接入域簡單和低成本的要求。

波分復用；接入；固移融合；網絡功能虛擬化

0 引 言

互聯網經過近30年的持續發展，深刻改變了電信產業的技術演進和商業模式，運營商在電信價值鏈中的地位顯著降低［1］。為了應對以微信為代表的OTT（over-the-top）業務沖擊，逐漸走出“量收剪刀差”困境，運營商要求進行固移融合，以從架構上降低網絡成本［2］。在網絡層面的固移融合中，以接入域固移融合最為迫切，其目標是在一個平臺接入固寬、移動回傳/前傳等全業務［3］。作為固寬接入的最主要技術，業界期望PON（無源光網絡）成為全業務接入的技術方案。但由于不同業務對質量要求差異極大（比如家庭接入對成本敏感，移動回傳重視生存性和時延，商業專線要求大帶寬），在全業務場景下取得性能與成本的最佳權衡極為困難。盡管業界廣泛研究了基于PON的固移融合［4］，但迄今沒有形成可行的解決方案［5］。

NFV（網絡功能虛擬化）是近年來網絡研究的熱點，其在通用硬件平臺上倚重軟件實現各種網絡功能［6］。本文提出一種固移融合接入網架構，基于NFV實現固移處理資源融合，利用WDM（波分復用）的帶寬、距離和生存性優勢實現高質量傳輸；基于PON實現低成本、靈活的全業務接入部署。該架構的提出有利于全業務運營商開展深層次的網絡固移融合，不再只是局限于淺層次的“套餐”類固移業務綁定。

1 全業務運營商的接入網困境

隨著監管政策的改變，中國電信、中國移動和中國聯通均已成為全業務運營商。智能終端的興起和發展使得用戶終端已經固、移融合，用戶可以根據需要自主、實時、動態地選擇固定或移動通信方式連接到運營商網絡。相應地，運營商推出的各種“套餐”業務，無不是將固、移業務綁定在一起。但是由于網絡依然處于固、移相互獨立的狀態，如圖1所示，運營商無法以最有效的方式實現固移融合，固、移獨立建網使得運營商的網絡成本居高不下，且直接影響到用戶的業務體驗。

圖1 固移網絡相互獨立現狀

固寬接入和移動回傳對傳輸質量的要求是不同的，由于基站切換、協同等諸多要求，移動回傳網對于頻率和相位（時間）同步有著嚴苛要求。以LTETDD（長期演進-時分雙工）制式為例，頻率和時間同步要求分別是50×10-9和3μs。GPON（吉比特無源光網絡）采用G.984.3 Amd.2，EPON（以太網無源光網絡）采用IEEE 802.1as，業界基本認同PON能夠滿足移動回傳的同步要求［7］。但固寬接入重視成本，實際部署中極少考慮生存性，移動回傳則非常強調網絡魯棒性，固、移要求仍很難真正調和統一。

在向4G、5G的演進中，移動通信將更加依賴C-RAN（集中化無線接入網）的部署方式。移動前傳是C-RAN關鍵技術之一，要求帶寬大、時延低，但由于目前尚缺乏有效的解決方案，因此普遍采用不太合理的暗光纖方式。隨著移動通信速率的進一步提升，前傳的帶寬需求將迅速超過10 Gbit/s，PON更難滿足其要求。

為了謀求PON在提供固寬家庭接入的同時，具備移動前傳、移動回傳和企業專線等服務能力，PON必須在傳輸距離、生存性和速率等方面提升性能，因此RSOA（半導體光放大器）、EDC（電色散補償）、OFDM（正交頻分復用）、PAM4（4階脈沖幅度調制）等復雜技術紛紛被引入PON研究中，甚至還包括極其復雜的相干光接收［8］。可見，PON的性能提升，無不是以犧牲PON的簡單、低成本優勢為代價，是否定PON的立身之本。

由于固定、移動寬帶客觀上存在各自的特點，在成本、傳輸距離、帶寬需求、生存性和OAM（操作、管理、維護）能力等方面有較大差異，如果無視這些差異企圖利用PON實現強行融合，必將導致PON技術日益復雜（如色散補償、復雜調制格式和相干接收等），成本不斷上升。

雖然運營商迫切要求進行固移接入融合，但必須在充分考慮固、移差異的基礎上綜合平衡才能實現有效的固移融合接入網。ITU-T（國際電信聯盟-電信組織）目前正在開展由中國聯通提出的G.metro標準化工作，研究作為移動、專線和固寬統一接入的全業務平臺［9］。本文在充分發揮PON技術和成本優勢的同時，在CO（中心局）基于NFV實現固移處理資源的融合共享，并引入WDM環路平衡固、移的傳輸質量要求，提出一種可行的固移融合接入網架構，幫助全業務運營商擺脫現有的接入網困境。

2 固移融合接入網架構

NFV由ETSI（歐洲電信標準協會）提出并規范，旨在盡可能采用通用硬件作為網絡硬件平臺，功能盡量由軟件實現，從而消除功能對硬件的依賴，使得網絡可虛擬化，最終促使網絡建維成本大幅降低，并使網絡功能可動態適應不斷出現的新業務要求。

NFV為固移網絡融合創造了有利條件，能夠在一個通用硬件平臺上形成同時滿足固、移需求的功能系統。因此，對于接入網而言，可以借助NFV技術實現固移接入的融合，AT&T與ON.Lab等共同推進的項目CORD（中心局的數據中心化重構）就是基于上述思路。

圖2所示為本文提出的適合于全業務運營商的固移融合接入網架構，主要包括3個部分:CO、WDM環路和PON接入。該架構改變了現有固寬接入和移動寬帶接入分離的局面，采用NFV技術實現固、移處理資源的融合共享，采用WDM環路和PON的結合來平衡固、移的接入性能差異。

圖2 固移融合接入網架構

當前，大容量、少局所是CO的部署趨勢。根據美國運營商Verizon的調研結論［10］，30～40 km是各種因素權衡下CO的最佳覆蓋范圍。本架構中，由于采用WDM環路與PON結合，可以在依然使用簡單、低成本PON的基礎上滿足上述CO覆蓋范圍的要求，將復雜處理功能集中到少量CO節點。同時，基于NFV技術在通用硬件平臺（交換機、服務器和存儲器等）上以虛擬化方式實現OLT、CPE（客戶終端設備）、PE（運營商路由器）、BBU（室內基帶單元）和BAS（寬帶接入服務器）等功能，不僅能通過CO內固、移處理資源的共享來降低硬件平臺成本，還能促進新業務的快速開發和部署，并利于通過固移協同來提升用戶體驗。

WDM環路可根據傳輸容量和距離選擇密集波分復用或粗波分復用技術。環形拓撲利于根據需要進行光路保護，提高相應的生存性能。由于采用WDM技術，可根據接入域環路傳輸距離有限或速率較低等應用要求進行必要的功能簡化（相對于長途、城域的WDM技術），WDM環路可以低成本地實現高可靠、高質量和大容量的傳輸。

環路遠端單元的支路板卡有兩種。一種具備基本的PON功能，比如PHY（物理層）功能（如突發接收等），其他復雜功能可被集中到CO以v OLT方式實現。CPE的復雜功能亦被集中到CO以vCPE方式實現，利于運營商流量經營和新業務的部署。

C-RAN架構中的RRU可以通過ONU接入，從而實現移動前傳；非C-RAN架構的基站也可以通過ONU接入，從而實現移動回傳。C-RAN架構的BBU在CO中以vBBU的方式實現。需要指出的是，由于速率大幅提升，5G的C-RAN前傳帶寬要求增長近百倍，可通過改變現有CPRI（通用公共無線接口）位置（Split-PHY方案）來減輕對PON的帶寬壓力［11］。

環路遠端單元的另一種支路板卡無需PON功能，其可根據帶寬、位置等實際應用需要直接接入固寬的大客戶、移動的RRU或基站。

該架構充分發揮PON低成本、多址接入的優勢，且并不因傳輸距離和容量的高要求而在色散補償、器件性能、波長可調、調制格式和DSP（數字信號處理）等方面引起PON技術復雜化，從而保持了PON的簡單和廉價。

3 結束語

為了滿足固定和移動用戶帶寬需求的持續提升，WDM逐漸被應用到網絡邊緣。當前，運營商不僅陷入互聯網導致的量收剪刀差困境，而且面臨著全業務競爭挑戰，網絡建設受到NFV等新理念的沖擊。本文針對全業務運營商的發展需求，提出一種固移融合接入網架構，基于NFV實現固移處理資源的共享，基于WDM環路和PON的結合平衡固、移接入差異，較好地滿足了接入域的簡單、低成本要求。

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Study on Architecture of Fixed-Mobile Convergent Access Network

ZHANG Xin-quan1，2，CHENG Rong3，HE Wei1，2，YANG Qi1，2
（1.State Key Laboratory of Optical Communication Technologies and Networks，Wuhan 430074，China；2.Wuhan Research Institute of Posts and Telecommunications，Wuhan 430074，China；3.Fiber Home Telecommunication Technologies Co.，Ltd.，Wuhan 430074，China）

Telecom carriers urgently hope to relieve the competition pressure via fixed-mobile convergent network.In order to deal with the challenges in the fixed-mobile convergence related with bandwidth，survivability and cost，China Unicom has promoted G.metro standard in ITU-T.Based on the requirements of G.metro，an architecture of fixed-mobile convergent access network is proposed.It achieves sharing of resources based on NFV，and balances the differences between the fixed and mobile accesses based on the combination of WDM loop and PON，while keeping the requirements of simplicity and low cost.

WDM；access；fixed-mobile convergence；NFV

TN915

A

1005-8788（2016）05-0016-03

10.13756/j.gtxyj.2016.05.005

2016-06-23

工信部軟科學項目資助（2015-R-37）

張新全（1974-），男，湖北枝江人。高級工程師，碩士研究生，主要研究方向為高速光接入和光傳送。